Инфракрасный коллиматор



Инфракрасный коллиматор
Инфракрасный коллиматор

 


Владельцы патента RU 2470335:

Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Государственный институт прикладной оптики" (ОАО "НПО "ГИПО") (RU)

Инфракрасный коллиматор содержит объектив, миру, измеритель температуры миры и устройство управления. Мира размещена в фокальной плоскости инфракрасного коллиматора перед фоновым излучателем, снабженным исполнительным элементом. Выход измерителя температуры миры подключен к первому входу устройства стабилизации уровня контрастного излучения, выход которого подключен к исполнительному элементу фонового излучателя. Выход устройства управления подключен ко второму входу устройства стабилизации уровня контрастного излучения. Устройство стабилизации уровня контрастного излучения содержит процессор, измеритель разности температур между фоновым излучателем и мирой и выходной каскад. Первый и второй входы процессора являются первым и вторым входами устройства стабилизации уровня контрастного излучения. Выход измерителя разности температур между фоновым излучателем и мирой подключен к третьему входу процессора. Вход выходного каскада подключен к выходу процессора, а выход является выходом устройства стабилизации уровня контрастного излучения. Технический результат - повышение точности контроля основных параметров тепловизионных приборов путем повышения точности поддержания заданного значения уровня контрастного излучения при изменении температуры окружающей среды, а также расширение функциональных возможностей ИК коллиматора путем обеспечения возможности поддержания различных значений уровня контрастного излучения. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Предлагаемое изобретение относится к оптическому приборостроению и предназначено для контроля параметров тепловизионных приборов.

Известна лабораторная установка для измерения минимальной разрешаемой разности температур (см. Ллойд Д. Системы тепловидения. М., 1978 г., стр.392, 393), представляющая собой коллиматор, содержащий объектив, миру, излучатель, устройство стабилизации разности температур между излучателем и мирой, имеющей температуру окружающей среды.

Недостатком данной установки является то, что для стабилизации требуемого постоянного уровня контрастного инфракрасного (ИК) излучения при изменении температуры окружающей среды оператор должен изменять разность температур между фоновым излучателем и мирой в соответствии с зависимостью ΔТ=F(Тм, ΔM), где:

ΔT - разность температур между фоновым излучателем и мирой;

Тм - температура миры, равная температуре окружающей среды;

ΔM - уровень контрастного излучения.

Эта зависимость определяется либо расчетным путем, либо по результатам калибровки устройства в рабочем диапазоне температур окружающей среды. Поддержание требуемого уровня ΔТ сложно для оператора, не позволяет оперативно отслеживать колебания температуры окружающей среды и может привести к ошибкам.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению (прототипом) по технической сущности и достигаемому эффекту является ИК коллиматор (Свидетельство на полезную модель №29155, кл. G02B 27/30, 2002 г.), содержащий объектив, миру, имеющую температуру окружающей среды, размещенную в фокальной плоскости ИК коллиматора перед фоновым излучателем, снабженным исполнительным элементом, измеритель температуры окружающей среды (миры), выход которого подключен к входу устройства стабилизации уровня контрастного излучения, выход которого подключен к исполнительному элементу фонового излучателя. Устройство стабилизации уровня контрастного излучения автоматически поддерживает разность температур между фоновым излучателем и мирой на уровне ΔT=F(Тм, ΔМ). Формируемая в устройстве стабилизации уровня контрастного излучения аналоговым способом зависимость ΔT=F(Тм, ΔМ) представляет собой кусочно-линейную аппроксимацию номинальной зависимости, полученной при калибровке ИК коллиматора. В рассматриваемом ИК коллиматоре ΔM имеет одно постоянное заданное значение, вводимое в устройство поддержания уровня контрастного излучения при его настройке.

К недостатку данного ИК коллиматора можно отнести сравнительно большую, до 0,3 К при уровне контрастного излучения 3 К, погрешность поддержания уровня контрастного излучения при изменении температуры окружающей среды, обусловленную погрешностью кусочно-линейной аппроксимации. Кроме того, данный ИК коллиматор поддерживает лишь одно заданное значение ΔМ. Для его изменения необходима перенастройка с заменой подборных электрорадиоэлементов устройства стабилизации уровня контрастного излучения, что требует значительных трудовых и временных затрат и часто неприемлемо.

Невозможность оперативного изменения уровня поддерживаемого контрастного излучения не позволяет использовать один и тот же ИК коллиматор для контроля работоспособности тепловизионных приборов различного типа, требующих в процессе контроля поддержания на их оптическом входе отличающихся значений уровня контрастного излучения, а также не позволяет использовать ИК коллиматор для измерения ряда характеристик тепловизионных приборов, таких как минимально-разрешаемая разность температур и минимально-обнаруживаемая разность температур, в процессе измерения которых необходимо поддерживать различные уровни контрастного излучения.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является повышение точности контроля основных параметров тепловизионных приборов путем повышения точности поддержания заданного значения уровня контрастного излучения при изменении температуры окружающей среды, а также расширение функциональных возможностей ИК коллиматора путем обеспечения возможности поддержания различных значений уровня контрастного излучения.

Указанная цель достигается тем, что в инфракрасный коллиматор, содержащий объектив, миру, размещенную в фокальной плоскости инфракрасного коллиматора перед фоновым излучателем, снабженным исполнительным элементом, измеритель температуры миры, выход которого подключен к первому входу устройства стабилизации уровня контрастного излучения, выход которого подключен к исполнительному элементу фонового излучателя, дополнительно введено устройство управления, выход которого подключен ко второму входу устройства стабилизации уровня контрастного излучения, при этом устройство стабилизации уровня контрастного излучения содержит процессор, первый и второй входы которого являются первым и вторым входами устройства стабилизации уровня контрастного излучения, измеритель разности температур между фоновым излучателем и мирой, выход которого подключен к третьему входу процессора, и выходной каскад, вход которого подключен к выходу процессора, а выход является выходом устройства стабилизации уровня контрастного излучения, а также тем, что устройство управления выполнено в виде устройства интерфейса, выход которого является выходом устройства управления, а также тем, что устройство управления может быть выполнено также в виде последовательно соединенных задатчика и устройства интерфейса, выход которого является выходом устройства управления.

На фиг.1 и 2 представлена функциональная схема ИК коллиматора.

ИК коллиматор (фиг.1) содержит объектив 1, миру 2, размещенную в фокальной плоскости ИК коллиматора перед фоновым излучателем 3, снабженным исполнительным элементом 4, измеритель 5 температуры миры 2, выход которого подключен к первому входу устройства 6 стабилизации уровня контрастного излучения, выход которого подключен к исполнительному элементу 4 фонового излучателя 3, устройство 7 управления, выход которого подключен ко второму входу устройства 6 стабилизации уровня контрастного излучения. Устройство 6 стабилизации уровня контрастного излучения содержит процессор 8, первый и второй входы которого являются первым и вторым входами устройства 6 стабилизации уровня контрастного излучения, измеритель 9 разности температур между фоновым излучателем 3 и мирой 2, выход которого подключен к третьему входу процессора 8, выполненного, например, на микросхеме MSC1211, выходной каскад 10, вход которого подключен к выходу процессора 8, а выход является выходом устройства 6 стабилизации уровня контрастного излучения. Устройство 7 управления может быть выполнено в виде устройства 11 интерфейса (фиг.2), в качестве которого может быть использована, например, микросхема МАХ3243, выход которого является выходом устройства 7 управления. Устройство 7 управления может быть также выполнено в виде последовательно соединенных задатчика 12, например, персонального компьютера и устройства 11 интерфейса (фиг.1), выход которого является выходом устройства 7 управления. На чертежах также показан контролируемый тепловизионный прибор 13.

Работает ИК коллиматор следующим образом.

Участки в центральной части рабочей поверхности фонового излучателя 3, не закрытые мирой 2, которая может быть выполнена, например, в виде тонкой непрозрачной пластины, в центральной части которой есть ряд параллельных друг другу сквозных прорезей (см. вид А фиг.1), расположенной в фокальной плоскости ИК коллиматора, создают за счет определенного подогрева или охлаждения исполнительным элементом 4, который может представлять собой, например, нагреватель или термоэлектронный охладитель, фонового излучателя 3 и того, что температура миры 2 равна температуре окружающей среды, контрастный, с определенным уровнем контрастного излучения, поток ИК излучения, который формируется объективом 1 и направляется во входной зрачок тепловизионного прибора 13. В тепловизионном приборе 13 контрастное ИК излучение преобразуется в яркостный контраст в видимой области, величина которого пропорциональна уровню контрастного излучения.

Поддержание заданного постоянного уровня контрастного излучения при изменении температуры окружающей среды (миры 2) обеспечивается за счет изменения по закону ΔT=F(Тм, ΔM) разности температур между фоновым излучателем 3 и мирой 2 и осуществляется следующим образом.

Напряжение с выхода измерителя 5 температуры миры 2 поступает на первый вход процессора 8. Это напряжение преобразуется аналого-цифровым преобразователем (на чертежах не показан), входящим в состав процессора 8 (микросхемы MSC1211), в код, по которому процессор 8, используя предварительно введенную и хранящуюся в его постоянном запоминающем устройстве (ПЗУ) (на чертежах не показано) в виде уравнения или системы уравнений зависимость ΔT=F(Тм, ΔM), где ΔM может иметь различные значения, находящиеся в пределах рабочего дипазона, рассчитывает для требуемого значения ΔM требуемое значение (код) ΔT, соответствующее измереному значению температуры миры.

С выхода измерителя 9 разности температур между фоновым излучателем 3 и мирой 2 напряжение, соответствующее измеренному значению ΔT, поступает на третий вход процессора 8, преобразуется входящим в его состав аналого-цифровым преобразователем в код, который затем сравнивается с кодом, соответствующим требуемому значению ΔT. Вычисленный процессором 8 код, соответствующий разности требуемого и измеренного значений ΔT, преобразуется процессором 8 в соответствующий, например, широтно-импульсно-модулированный сигнал, который через выходной каскад 10 поступает на исполнительный элемент 4 фонового излучателя 3, чем обеспечивается поддержание требуемого уровня ΔМ. Предварительный до начала работы в режиме поддержания заданного уровня контрастного излучения ввод зависимости ΔТ=F(Тм, ΔM) в ПЗУ процессора 8 осуществляется задатчиком 12, подключенным через устройство 11 интерфейса ко второму входу процессора 8, и самим процессором 8, обеспечивающим необходимый порядок ввода зависимости в свое ПЗУ. Специального оборудования при вводе зависимости ΔТ=F(Тм, ΔM) в процессор 8 не требуется.

Если ИК коллиматор предназначен для поддержания в процессе работы только одного уровня контрастного излучения, например, контроля в процессе эксплуатации характеристик серийно выпускаемых тепловизионных приборов одного типа, в ПЗУ процессора 8, предварительно, при настройке вводится помимо зависимости ΔТ=F(Тм, ΔM) одно значение (код) ΔМ, соответствующее требуемому уровню ΔМ, и в дальнейшем при контроле характеристик тепловизионных приборов задатчик 12 не требуется. При этом в состав устройства 7 управления входит только устройство 11 интерфейса, необходимое для подключения задатчика 12 в особых случаях, например, при замене контролируемых устаревших тепловизионных приборов на новые с более высокой чувствительностью, что требует установки на оптическом выходе ИК коллиматора нового, более низкого, значения ΔМ. Для его установки достаточно подключить к устройству 11 интерфейса любой персональный компьютер, ввести с помощью любого носителя, например установочного CD-диска, через устройство 11 интерфейса в устройство 6 стабилизации уровня контрастного излучения новое значение ΔМ и отключить компьютер, участие которого в дальнейшей работе не требуется.

Если ИК коллиматор предназначен для поддержания различных уровней ΔМ с возможностью оперативного выбора одного из них, используется устройство 7 управления, снабженное задатчиком 12, с помощью которого в процессор 8 через устройство 11 интерфейса вводится и может оперативно изменяться требуемое значение ΔМ, что позволяет использовать один ИК коллиматор для контроля тепловизионных приборов различного типа и измерять ряд их характеристик, таких как, например, минимально разрешаемая и минимально обнаруживаемая разности температур, требующих установки в определенном порядке различных значений ΔМ. Изменение поддерживаемых уровней ΔМ в процессе измерения характеристик может осуществляться автоматически в определенном порядке задатчиком 12 в соответствии с заложенной в нем программой. Кроме того, представление вводимой в устройство 6 стабилизации уровня контрастного излучения зависимости ΔТ=F(Тм, ΔМ) в виде уравнения или системы уравнений значительно снижает (до ±0,03 К) погрешность поддержания требуемого уровня контрастного излучения при изменении температуры окружающей среды по сравнению с вариантом формирования этой зависимости аналоговым способом (погрешность до ±0,3 К), что позволяет повысить точность контроля основных параметров тепловизионных приборов.

1. Инфракрасный коллиматор, содержащий объектив, миру, размещенную в фокальной плоскости инфракрасного коллиматора перед фоновым излучателем, снабженным исполнительным элементом, измеритель температуры миры, выход которого подключен к первому входу устройства стабилизации уровня контрастного излучения, выход которого подключен к исполнительному элементу фонового излучателя, отличающийся тем, что в него дополнительно введено устройство управления, выход которого подключен ко второму входу устройства стабилизации уровня контрастного излучения, при этом устройство стабилизации уровня контрастного излучения содержит процессор, первый и второй входы которого являются первым и вторым входами устройства стабилизации уровня контрастного излучения, измеритель разности температур между фоновым излучателем и мирой, выход которого подключен к третьему входу процессора, и выходной каскад, вход которого подключен к выходу процессора, а выход является выходом устройства стабилизации уровня контрастного излучения.

2. Инфракрасный коллиматор по п.1, отличающийся тем, что устройство управления выполнено в виде устройства интерфейса, выход которого является выходом устройства управления.

3. Инфракрасный коллиматор по п.1, отличающийся тем, что устройство управления выполнено в виде последовательно соединенных задатчика и устройства интерфейса, выход которого является выходом устройства управления.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области технической физики и, в частности, для измерения углового положения автоколлимационного зеркала. .

Изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано при юстировке и настройке телевизионных камер многоканальной телевизионной системы.

Изобретение относится к области оптического приборостроения, а именно к оптическим системам, коллимирующим излучение лазерного пучка с одновременной анаморфотной коррекцией формы поперечного сечения и углового распределения интенсивности лазерного пучка, а также суммирующим излучение двух или более полупроводниковых (далее - п/п) лазеров на одной оптической оси, и может быть использовано в системах оптической локации, оптической связи, управления и др.

Изобретение относится к области измерительной техники, к измерительным устройствам, характеризующимся оптическими средствами измерений, и может быть использовано для решения широкого круга технических задач, включающих измерение плоских углов, таких как юстировка оптико-электронных систем, сборка крупногабаритных конструкций, дистанционное измерение и дистанционная передача значений угла и др.

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для решения широкого круга технических задач, таких как юстировка оптико-электронных систем, сборка крупногабаритных конструкций, определение параметров жесткости валов и др.

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники, в частности к приборам для контроля параметров телевизионных систем. .

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано при юстировке, настройке и сборке оптических систем. .

Изобретение относится к измерительной технике, к измерительным устройствам, характеризующимся оптическими средствами измерений, и может быть использовано для решения широкого круга технических задач, включающих измерение плоских углов, таких как юстировка оптико-электронных систем, сборка крупногабаритных конструкций, дистанционное измерение и дистанционная передача значений угла и др.

Изобретение относится к устройствам контроля работоспособности телевизионных следящих авиационных прицельных систем, а также для использования в качестве тренажера летного состава.

Изобретение относится к измерительным устройствам и может быть использовано для определения величины и направления углового перемещения объекта. .

Изобретение относится к оптико-электронным системам измерения расстояния, локации, наведения, связи и другим устройствам, в которых используется излучение полупроводниковых лазеров

Изобретение относится к области оптической контрольно-измерительной техники, а именно к коллиматорам, используемым для измерения или настройки параллельности визирных осей двух или более оптических систем, по меньшей мере, одна из которых является тепловизионной

Изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано для контроля и юстировки различных оптических деталей, сборок и приборов

Устройство может быть использовано для контроля формы поверхностей оптических деталей, а также для измерения неоднородностей оптических материалов. Устройство содержит осветитель, конденсор, задающий и анализирующий пространственные фильтры, приемно-регистрирующее устройство. Задающий и анализирующий пространственные фильтры совмещены и выполнены в виде симметричной зеркальной марки, нанесенной на тонкой плоскопараллельной оптической пластине. Геометрический центр марки совмещен с точкой пересечения оптических осей осветителя и приемно-регистрирующей системы. Пластина установлена таким образом, чтобы ее плоская поверхность с нанесенной на нее симметричной зеркальной маркой составляла равные углы с оптическими осями осветителя и приемно-регистрирующей системы. Технический результат - повышение точности контроля формы поверхностей оптических деталей и упрощение юстировки схемы контроля за счет конструктивного совмещения задающего и анализирующего пространственных фильтров. 3 ил.

Предлагаемое изобретение относится к оптическому приборостроению, а именно к объективам коллиматора, работающим в среднем ИК-диапазоне длин волн (для спектрального диапазона от 3 до 5 мкм), и может быть использовано в тепловизионных коллиматорах или в приемных тепловизионных объективах (в обратном ходе лучей) в различных приборах. Объектив коллиматора состоит из трех компонентов, причем первый компонент по ходу лучей выполнен в виде зеркала, обращенного выпуклостью к плоскости предметов, второй компонент выполнен в виде одиночного отрицательного мениска с отверстием в центре, обращенного выпуклостью к плоскости предметов, причем его выпуклая поверхность имеет зеркальное внутреннее покрытие и расположен он между первым компонентом и плоскостью предметов, и третьего мениска, обращенного выпуклостью к изображению и расположенного между первым компонентом и изображением, второй и третий компоненты выполнены из селенида цинка, а в первом компоненте зеркальное покрытие нанесено на выпуклую поверхность зеркала. Кроме того, радиус сферической оптической отражающей поверхности зеркала первого компонента по модулю равен радиусу выпуклой поверхности третьего компонента. Технический результат - повышение относительного отверстия, увеличение фокусного расстояния при упрощенной конструкции, повышенной технологичности и высоком качестве изображения. 1 з.п.ф-лы, 1 ил., 2 табл.

Объектив может использоваться для работы в видимом и ближнем ИК-диапазоне длин волн. Объектив коллиматора содержит первичное зеркало, на первую по ходу лучей поверхность которого нанесено зеркальное покрытие, вторичное зеркало с зеркальным покрытием на кольцевой периферийной части, причем отражающие поверхности зеркал обращены друг к другу, двухлинзовый оптический элемент, установленный за первичным зеркалом со стороны пространства изображений и состоящий по ходу лучей из одиночной отрицательной линзы, обращенной вогнутой поверхностью к пространству изображений, и одиночной двояковыпуклой линзы. Первичное и вторичное зеркала выполнены в виде сплошных плоско-параллельных пластин, на первичном зеркале зеркальное покрытие нанесено в его центральной зоне, периферийная часть - прозрачная. На первой со стороны предмета поверхности в центральной зоне вторичного зеркала расположен тест-объект, выполненный в виде прозрачной марки или перекрестия на непрозрачном фоне. Технический результат - увеличение фокусного расстояния, диаметра выходного зрачка при упрощенной конструкции и повышенной технологичности при сохранении высокого качества изображения. 1 ил., 2 табл.

Изобретение относится к способу (варианты) и системе (варианты) для лазерной сварки и может быть использовано для соединения различных деталей друг с другом. Система содержит источник (1) лазерного луча, коллиматор (2) лазерного луча и фокусирующее устройство (3). Оптический элемент (5) расположен между коллиматором (2) и фокусирующим устройством (3) и предназначен для развертывания системы распределения мощности лазерного луча в первом направлении, находящемся под углом к оси сколлимированного лазерного луча. В системе по первому варианту бифокальный элементом (6) расположен или между оптическим элементом (5) и коллиматором (2), или между оптическим элементом (5) и фокусирующим устройством (3). По второму варианту бифокальный элементом (6) расположен между коллиматором (2) и фокусирующим устройством (3). В результате обеспечивается гомогенность распределения мощности лазерного излучения в свариваемой области. 4 н. и 18 з.п. ф-лы, 9 ил.

Автоколлиматор может использоваться для измерения углов поворота относительно двух осей, ортогональных оптической оси объектива автоколлиматора, с использованием одной ПЗС-линейки. Автоколлиматор включает оптическую систему формирования автоколлимационного изображения марки из источника излучения, размещенных последовательно конденсора, марки, светоделителя и объектива, фотоприемное устройство в виде ПЗС-линейки с системой управления, включающей синхрогенератор, и системой обработки видеосигналов из фильтра нижних частот, формирователя видеоимпульсов и формирователя фронтов видеоимпульсов, и блок обработки информации. Марка и фотоприемное устройство установлены в фокальных плоскостях объектива. Введены последовательно соединенные селектор, пиковый детектор, сустрактор и усилитель мощности. Вход селектора подсоединен к выходу фильтра нижних частот, а выход усилителя мощности подключен к источнику излучения. Марка выполнена в виде набора непрерывных штрихов, образующих три горизонтальные зоны, средняя из которых выполнена из по крайней мере одного вертикального штриха и по крайней мере одного наклонного бокового штриха. Высота штрихов равна высоте зоны, горизонтальные сечения марки в разных зонах различаются количеством сечений штрихов или их взаимным расположением. Технический результат - повышение точности, компактности и надежности. 4 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к коллиматорам, которые могут быть использованы для освещения жидкокристаллических экранов. Коллиматор выполнен в виде клиновидного оптического волновода, который имеет первый конец, второй конец, противолежащий первому концу. Причём первый конец тоньше второго конца. Также коллиматор содержит видимую поверхность, проходящую, по меньшей мере, частично между первым концом и вторым концом, и заднюю поверхность, противолежащую видимой поверхности. Видимая поверхность содержит первый критический угол внутреннего отражения, и задняя поверхность конфигурируется, чтобы являться отражательной под первым критическим углом внутреннего отражения. Кроме того, на втором конце оптического волновода размещен концевой отражатель, который содержит структуру многогранной (фасетчатой) линзы. Технический результат заключается в уменьшении габаритных размеров коллиматора. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 10 ил.

Комплекс предназначен для контроля и измерения параметров тепловизионных приборов. Комплекс содержит объектив, сменную миру, расположенную в фокальной плоскости объектива, фоновый излучатель, расположенный за мирой и снабженный исполнительным элементом, устройство управления, выход которого подключен к исполнительному элементу фонового излучателя, процессор температурный, выход которого подключен к входу устройства управления, устройство измерения температуры миры, выход которого подключен к первому входу процессора температурного. Сменная мира выполнена зеркальной и установлена под углом к оси объектива, обеспечивающим отражение вдоль оси объектива потока инфракрасного излучения, поступающего на миру от дополнительно введенного опорного излучателя, снабженного устройством измерения температуры опорного излучателя, выход которого подключен ко второму входу процессора температурного. Дополнительно введены первое и второе устройства измерения температуры фонового излучателя, выходы которых подключены соответственно к третьему и четвертому входам процессора температурного. Технический результат - повышение точности поддержания уровня контрастного излучения. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.
Наверх